煤气储气柜活塞平台运动姿态测控系统的研究

摘要

柜位（容）、活塞平台倾斜度和活塞平台运动速度是评价煤气储气柜运行安全性的重要指标和关键因素。在实际工业运行中，若煤气储气柜活塞平台倾斜度超限，则会发生煤气泄漏事故，将会造成人员伤亡和较大的经济损失，并对周边大气环境造成污染。现阶段，煤气储气柜运行状态检测一般是将柜位（容）和活塞平台倾斜度分别检测，而少有采用将两者结合检测的方法。本文在分析现有煤气储气柜柜容柜位、活塞平台倾斜度、活塞运动趋势的基础上，建立了煤气储气柜活塞平台运动姿态模型，设计实现了多传感器在线复合测量的检测系统和基于检测系统的煤气储气柜活塞平台运动姿态控制系统。
　　首先，介绍了本课题国内外研究现状与发展趋势、课题研究背景与意义，在此基础上进一步探究了课题主要研究内容。
　　其次，建立了活塞平台运动姿态模型，通过最小二乘法拟合处理，获得连续变化的空间平面，以此解析活塞平台的运动变化情况，分析该平面的运动状态，获得活塞平台运行中的倾斜度、运动速度、运动加速度以及柜位的实时数据。同时，进行基于LabVIEW平台的煤气储气柜运动姿态检测系统软件设计，搭建可实现测量数据采集、测量数据处理、测量数据分析、三维图像动态显示、历史数据查询、超限声、光报警等多项功能的多传感器测量系统平台。
　　然后，通过多传感器复合测量和阀门状态采集与控制，利用LabVIEW软件调用PRODAVE工具包提供的动态链接库文件，解决PLC与工控机之间的数据交换和数据处理问题，实现S7-300 PLC与工控机的通讯，在此基础上设计并实现了基于LabVIEW和PLC的煤气储气柜运动姿态控制系统，完成煤气储气柜运动姿态控制系统的构建。
　　最后，对多传感器进行静态误差标定，在此基础上分析系统测量不确定度。对课题研究工作做出总结与展望，并对进一步工作提出了努力的方向。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 煤气储气柜运动姿态测控的意义

1．2 煤气储气柜运动姿态的危险状况分类

1．3 煤气储气柜运动姿态检测方法

1．3．1 传统测量方法

1．3．2 现代测量方法

1．4 煤气储气柜运动姿态检测的研究现状

1．5 论文主要工作

第2章 活塞平台运动姿态建模及数据分析

2．1 活塞平台运动姿态检测原理概述

2．2 活塞平台运动姿态建模

2．2．1 测量点的选取

2．2．2 坐标系的建立

2．3 活塞平台运动姿态检测模型数据分析

2．3．1 最小二乘法拟合活塞平台

2．3．2 活塞平台倾斜度

2．3．3 柜位和柜容

2．3．4 活塞平台运动速度

2．4 活塞平台运动加速度

2．5 本章小结

第3章 煤气储气柜运动姿态检测系统设计与开发

3．1 活塞平台运动姿态检测系统构成

3．1．1 激光测距传感器

3．1．2 激光测距传感器供电电源

3．1．3 Moxa多串口卡

3．1．4 装有LabVIEW活塞平台运动姿态测控软件的工控机

3．2 系统软件开发环境介绍

3．2．1 LabVIEW软件介绍

3．2．2 检测系统软件的系统构成

3．3 串口通讯模块

3．3．1 串口通讯程序设计

3．3．2 缓冲跟踪-开始子模块

3．3．3 缓冲跟踪-读数子模块

3．3．4 串口通讯模块的实现

3．4 数据转化模块

3．5 数据处理模块

3．5．1 活塞平面最小二乘拟合

3．5．2 活塞平面倾斜度计算及报警

3．5．3 煤气柜柜位柜容计算及报警

3．5．4 活塞平台运动速度、加速度计算及报警

3．6 三维图像显示模块

3．7 历史数据查询模块

3．7．1 LabVIEW数据库工具包

3．7．2 数据存储设计

3．8 检测系统界面图

3．9 本章小结

第4章 煤气储气柜运动姿态控制系统设计与开发

4．1 煤气储气柜运动姿态控制系统概述

4．1．1 煤气储气柜运动姿态控制内容

4．1．2 柜位(容)控制子系统

4．1．3 活塞平台倾斜度控制子系统

4．1．4 活塞运动速度控制子系统

4．1．5 活塞上部CO浓度控制子系统

4．1．6 活塞进、出口温度控制子系统

4．1．7 活塞进、出口压力控制子系统

4．2 煤气储气柜运动姿态控制系统构成

4．2．1 煤气储气柜运动姿态控制系统测控点分布

4．2．2 关键控制设备

4．3 煤气储气柜运动姿态控制系统的通讯实现

4．3．1 动态链接库

4．3．2 工控机与PLC的硬件连接

4．3．3 工控机与PLC的通信软件实现

4．3．4 LabVIEW与PLC的通信实现

4．3．5 煤气柜活塞平台测控系统界面图

4．4 本章小结

第5章 传感器误差标定和系统测量不确定度分析

5．1 传感器误差标定

5．1．1 激光测距传感器静态误差标定

5．1．2 其他传感器的静态误差标定

5．2 系统测量不确定度分析

5．2．1 系统测量不确定度的定义

5．2．2 系统测量不确定度的来源

5．2．3 合成系统测量不确定

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况